長毛象蠻尼(manny)和伊麗(Ellie)即將產下新生兒,自蠻尼家族被獵人獵殺後,蠻尼渴望組個完美且安全的家庭即將實現,並當一個好爸爸。同時,劍齒虎狄亞哥(Diego)發覺自己逐漸失去本能,體力不堪負荷,連隻羚羊都追不上,決定獨自離開,讓自己活得更像隻老虎。喜德(Sid)忌妒蠻尼和伊麗即將的小家庭,意外地掉進冰層底下,擅自「領養」三顆被遺棄的蛋。蠻尼警告喜德物歸原主,但喜德不聽勸告,隔天早上那些蛋孵出了小暴龍寶寶。
喜德試圖扶養三隻小恐龍,基於暴龍獸性的本能仍是嚇壞了其他動物小孩,也將蠻尼為他即將出生的小蠻尼製作的遊樂場破壞殆盡。母暴龍猛瑪(Momma)發現蛋被喜德偷走,很快地將他的恐龍小孩連同喜德叼走,帶入冰層底下的恐龍世界。蠻尼、伊麗、狄亞哥、負鼠可拉鼠(Crash)和愛迪(Eddie)跟隨著母暴龍的腳印,找到冰穴進入牠們認為早已滅絕的恐龍叢林,始終在牠們的腳底下。此刻,突然遭到甲龍的攻擊,狄亞哥奮力與之搏鬥,最後他們藉由腕龍滑下懸崖,這時出現瘋狂的黃鼠狼獨眼巴克(Buck),而他們也在獨眼巴克的領導下展開尋找喜德的冒險。劇末一行人遭到使獨眼巴克受傷成獨眼的仇人兼好友巨型重爪龍魯迪(Rudy)攻擊,最後母暴龍猛瑪出現並將其擊敗。獨眼巴克發現被猛瑪打下懸崖的魯迪並沒有死,於是選擇和蠻尼一行人道別,和魯迪一起待在屬於恐龍時代的地心。